JPH11510640A - 多層セラミック基板を有する碁盤目状のエレクトロルミネセント・ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 エレィトロルミネッセント・（ＥＬ）ディスプレイは、前面セラミックの表面及び背面セラミックの表面を有するセラミック基板上で形成される。セラミックの基板は、構造上の支持、電気的な接地、及び熱消散を与える金属コアを含む。ＥＬセル（２０）は前面セラミックの表面（３１）上に搭載され、ＥＬセルを駆動するためのドライバ回路（１０）は背面セラミックの表面（３１）上に搭載される。ドライバ回路（１０）は、前記ＥＬセルの直後に置かれる。コネクタ（２７）は、前記セラミック基板及びＥＬセルを通して異なるドライバ回路に延びる。ＥＬセルの近くにドライバ回路を配置することによって、ドライバからＥＬセルへの、高レベル・リフレッシュ速度及び低レベル抵抗損失を考慮に入れる駆動ラインは短い。ドライバ回路の各々は、一つのＥＬセルまたは一群のＥＬセルを駆動することができる。また、サーメット電極に結合するＥＬディスプレイ・セルは、電界放出デバイス（１１１）または低パワー電子ビーム（１４０）によって駆動されることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 多層セラミック基板を有する碁盤目状のエレクトロルミネセント・ディスプレイ 本発明は、一般に、エレクトロルミネセント（電界発光、electroluminescent ：ＥＬ）・ディスプレイに、そして、特に多層セラミック基板上に形成されるＥ Ｌディスプレイに関連する。 ＥＬディスプレイ技術、特にフル・カラーのディスプレイは、輝度（brightne ss）において、ＥＬセルのキャパシタンスがリフレッシュされる速度（rate）依 存する非常に深刻な限界を持つ。本リフレッシュ速度が、１／（ｓｑ．ｒｏｏｔ （ＲＣ）に比例し、このため駆動ラインのＲＣ時定数によって制限される。 従来のディスプレイにおいては、ＩＣドライバは、ディスプレイ・パネルの端 部に搭載されて、パネルの選ばれた行（row）の画素（pixel）の全てを駆動する 。図１の中で示されるように、複数のＩＣドライバ３６ａ−３６ｈが表示領域の 周辺部上に配置される。スキャナ３７は、ドライバ３６ａ−３６ｈを制御する。 選択ライン２６はドライバ３６ａ−３６ｈによって駆動され、データライン３０ はレジスタ１２によって駆動され、選択ライン２６及びデータライン３０は各ピ クセル・セル３２へのアクセスを提供する。画素セル３２は、各選択ライン２６ と各データライン３０の交点に配置される。ディスプレイをアドレス指定するた めに、ドライバ３６ａ−３６ｈの１つが選択ライン２６を活性化する一方、１行 の表示データはシフト・レジスタ１２から供給される。表示データは、選ばれた 行において画素を活性化する。各画素に関連するキャパシタンスは、リフレッシ ュ・サイクルの時まで光を発するために画素に必要なディスプレイ電圧を保有す る。このようにして、ディスプレイ全体が、行毎にアドレス指定される。 各画素セル３２の電極は直列に接続されるので、所与の行または列における全 てのセルの抵抗が直列に接続される。これは、最大の可能なリフレッシュ速度と 後にディスプレイの輝度を制限する大きいＲＣ時定数をつくる。インジウム錫酸 化物薄膜（透明電極）の１ラインを駆動するとき、これが特に悪い。典型的に、 この膜は、およそ５Ｘ／平方のシート抵抗を有する。幅１０ミリメートル、長さ １０インチのラインは、このため、およそ１０００オームの抵抗を有する。もう 一つの欠点は、ディスプレイ・パネルの寸法が増加すると、データラインと選択 ラインの電子的なグリッドの複雑性が増加するということである。 リフレッシュ速度、それ故ディスプレイの輝度を増加する一つの方法は、画素 を並列に、理想的には一時に一つを駆動することである（これは「アクティブ駆 動」として知られている）。そのような方式は、しかしながら、２つのトランジ スタを画素につき要求するので、とても高価である。図２の中で示されるように 、各ＥＬセル２６は２つのトランジスタ１４及び２０によって駆動される。デー タライン１８及び選択ライン１６が、ＥＬセル２６を活性化するために使われる 。電流源２８は、ＥＬセル２６及びトランジスタ２０を通って接地に流れる電流 を与える。この構成も、駆動トランジスタを搭載するためにディスプレイの領域 の大部分の使用を要求する。 代わりの方式は、単一のドライバで小さいグループの画素を駆動することであ る。これは、しかしながら、ちょうどディスプレイの端部だけでなくディスプレ イの中央の多数の点においても電極と接触をとることができることを要求する。 （ガラス製の基板の上の）従来のＥＬパネルは、これをすることができない。さ らにより効率的な方式は、セルのより大きな群（またはさらに完全な行若しくは 列）を単一のドライバからではあるが、直列というよりはむしろ並列に、駆動す ることである。 本発明は、セラミック基板を含むＥＬディスプレイである。ＥＬセルは、セラ ミック基板上の前面側上に搭載され、ドライバ回路はセラミック基板の裏側に搭 載される。コネクタは、セラミック基板を貫通して延び、複数のドライバ回路に ＥＬセルを結合させる。このようにすれば、ＥＬセルを搭載するためにセラミッ ク基板の前面の表面領域を使用できる。ドライバ回路は、セラミック基板の背表 面上のどこにでも置かれることができる。これは、駆動ライン長を短縮し、各Ｅ Ｌセルを駆動することに関連したＲＣ時定数を縮小する。縮小されたＲＣ時定数 は、リフレッシュ速度を増加させ、このため、ディスプレイの輝度を増加させる 。 さらに、セラミック基板の上に搭載されるＥＬディスプレイは、他のセラミッ ク基板の端に沿っていくつかのセラミック基板に接することによって、他のセラ ミック基板と組み合わされることができる。これは、拡大されたディスプレイの 領域を形成する。 本発明の第二の具体例の中において、ＥＬディスプレイはフィールド放射性の デバイスによって駆動される。このディスプレイは、サーメット背面の電極とサ ーメット背面電極に結合される薄膜の蛍光体層とを含む薄膜ＥＬデバイスを有す る。制御回路部分（control circuitry）は、選択的に電子を発するフィールド 放出デバイスを制御する。フィールド放出デバイスから放出される電子は、真空 空間を横切り、サーメット背面電極と接触する。サーメット背面電極に接触する ＥＬディスプレイ電子は、ＥＬディスプレイの部分に光の放出を引き起こす。 本発明の教示は、添付の図面に関連して以下の詳細な記述を考慮することによ って容易に理解されることができる。 図１（先行技術）は、従来のＥＬディスプレイのブロック図である。 図２（先行技術）は、各ＥＬセルのアクティブ駆動を使用する従来のＥＬディ スプレイの概略図である。 図３は、本発明に従ってセラミック基板の上に搭載されたＥＬディスプレイを 含む構造の側面図である。 図４は、ＥＬセルとドライバ回路の間の接続を図示している、図３の中で示さ れた構造のような、構造の側面図である。 図５は、セラミック基板の金属コア（中心部、芯、core）に形成されたフィー ドスルーを図示する、図３の中で示された構造のような、構造の一部の側面図で ある。 図６は、セラミック基板を通してＥＬセルに接続される複数のドライバ回路を 図示する、図３の中で示された構造のような、構造の側面図である。 図７は、大領域ディスプレイを形成するためにタイル張りセラミック基板を図 示する、図３の中で示された構造のような、多層構造の期待図である。 図８は、セラミック基板上のＥＬセルとセラミック基板に隣接するのためのエ ッジ・コネクタとの配置を図示する、図３の中で示された構造のような、構造の 平面図である。 図９Ａ及び９Ｂは（先行技術）は、セラミック基板の上に形成された従来のＥ Ｌディスプレイの側面図である。 図９Ｃ及び９Ｄは、セラミック基板の上にＥＬセルを形成する層を図示する、 図３の中で示された構造のような、構造の側面図である。 図１０は、本発明の第二の実施例に従うフィールド放出駆動されるＥＬディス プレイの側面図である。 図１１は、フィールド放出デバイスを図示する図１０に示された構造のような 構造の部分の側面図である。 図１２は、本発明の第二の実施例に従う電子ビーム駆動されるＥＬディスプレ イの側面図である。 先行技術のＥＬディスプレイに関連する問題は、新規な電子パッケージ技術を 使用することによって回避される。「低温で共に焼かれる金属上のセラミック（ Low Temperature Co-fired Ceramic on Metal（ＬＴＣＣ−Ｍ））」技術が、セ ラミック基板をつくるために使用される。セラミック基板は、金属コアと金属コ アの両面上に形成される多層セラミックとを含む。セラミック基板は、セラミッ ク基板の前面の側に搭載されたＥＬセルから基板の背面の側に搭載されたドライ ブ回路に、基板を通して接続を経路づけることが可能となる。 セラミック基板を通して接続を経路づけするために、金属コアを貫通するフィ ードスルーが使用されている。図３の中で示されるように、フィードスルー３０ によれば、下側のセラミック層３２上に搭載されたＩＣドライバ・チップ１０を 上側のセラミック層３１上に搭載されたＥＬディスプレイ・セル２０の対に接続 できる。インジウム錫酸化物層２１は、ＥＬセル２０のための透明の上側電極を 与える。セラミック多層３１及び３２は、低温で共に焼かれたセラミック多層構 造から作り上げられ、好ましくはシリコンに一致する熱膨張指数を持つ。 図５は、フィードスルー３０の断面図である。図３で示されている上側のセラ ミック層３１及び下側のセラミック層３２は、図５で示されていない。金属コア ２４は、好ましくはＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕ金属複合物（composite）であるが、他の 材料を代用できる。開口部は、金属コア２４内に、小さい直径の穿孔（孔）をあ けることができる機械的なドリリング装置またはレーザを使用することによって 形成される。金属コア２４内の穿孔はバリが取り除かれ（debur）、従来のニッ ケル 電気メッキによって達成されるニッケルメッキされる。図５中に示された例にお いて、２つの誘電体ガラス層２６及び２８は、金属コア２４上に形成されている 。しかしながら、より大きい数又はより小さい数の誘電体ガラス層が、形成され てもよい。金属コアの一方側上に融解したガラスを置くと共に、反対側の側面を 真空状態に引くことによって、誘電体ガラス層が形成される。これによれば、穿 孔を通してガラスを引き寄せ、誘電体層２６を形成する。その処理は繰り返され 、誘電体層２８を形成する。厚膜の伝導性の充填インク（fill ink）は、伝導性 の充填層３０を形成するために使用される。伝導性の充填インクは、予め選ばれ たガラス粉及び有機溶剤と一緒に細かく分割された伝導性の金属粉を調合するこ とによって作られる。伝導性の充填インクが、金属コアに塗布され（apply）ガ ラスで絶縁された穿孔を満たされて、それから伝導性の絶縁フィードスルー３０ を得るために熱せら有機材料を取り除くと共に金属粉を焼結する。 金属コア２４は、（図３の中で示されるように）金属コア上に形成される多層 セラミック３１及び３２を支える。この全体の構造は、セラミック基板として参 照される。金属コア２４は、多くの重要な機能を提供する。金属コア２４は、機 械的な強度及び全部の組立に対する構造上の支持を提供する。多層のセラミック ３１及び３２は、どちらかと言えば砕けやすく、大きなサイズのディスプレイを 支持できない。また、金属コア２４は、内蔵ヒートシンクであるので、電気的な シールド及びグランド接続と生成された熱の効率的な拡張のために優れた熱管理 とを提供する。ＬＴＣＣ−Ｍ技術に関する追加情報は、金属上の共に熱せられる セラミック回路ボードにおいて水平方向の縮小を最小化する方法という題名のア メリカ特許５，２７７，７２４号、及びセラミック回路ボードの支持基板のため の電気的フィードスルーという題名の１９９５年１月２７日提出された出願中の アメリカ特許出願シリアル番号０８／３７９２６４号に見いだされることができ 、これらの両方をここで参照によって取り入れる。 図４の中で示されるように、ＬＴＣＣ−Ｍ技術は、セラミック基板の背面側上 にＩＣドライブ（駆動）・チップ１０の配置を可能にする。ＥＬディスプレイ・ セル２０は、セラミック基板の前面側上に配置される。ＩＣ駆動チップ１０は、 直接にセラミック基板を貫通してＥＬセル２０に接続される。ＩＣ駆動チップ１ ０と一緒にＥＬセル２０のこの集積を達成するためには、図６の中で示されるよ うに、パワー配線、アドレス配線及びデータ配線９７をセラミック−金属−セラ ミックのサンドイッチの側端に搭載できる。多層セラミックに埋め込まれた多層 回路部分（図中に示さず）を、回路密度をさらに増加させると共に経路の長さを 減少させるために使用できる。セラミック層３１及び３２は、従来の多層の回路 基板にある回路通路（pathway）に類似の埋め込まれた回路通路（図中に示さず ）を含む。 図４は、ＥＬディスプレイ領域を詳細に図示する。蛍光体層２４は、２つの誘 電体層２３の間にはさまれる（sandwich）。例えばインジウム錫酸化物で、作ら れている透明の上側電極２１と下側電極２２とは、各ＥＬセルへの必要な接続を 与える。電気的なビア（via）２７は、多層セラミック３１及び多層セラミック ３２内の回路通路へ下側電極２２を、ＩＣドライバ１０へ上側電極２１を電気的 に接続する。図７の中で示される熱的ビア４１は、熱を、ＥＬディスプレイ・セ ル２０から離しヒートシンクを与える金属コア２４へ向けて移す。 図９Ａから図９Ｄは、どのようにＥＬディスプレイがセラミック基板上に形成 されるかを図示している。ＥＬセルは、セラミック基板の前面の表面上に形成さ れ、いくつかの層を含む。図９Ａは、セラミック基板８６上に形成された従来の ＥＬディスプレイを示す。従来のＥＬディスプレイは、印刷された底面導体８５ 、絶縁体８４、蛍光体層８３、随意の第二の絶縁体８２、及び上部導体８１を備 える。各層８１〜８５は、厚さ１マイクロメートルのオーダである。 セラミック基板上にＥＬディスプレイを形成する際の一つの困難は、ＥＬスタ ックの薄い絶縁体層に欠陥を引き起こす基板表面の粗さの傾向であった。例えば 、底面絶縁体層に侵入しているアスペリティ（asperity）８０が、図９Ｂに示さ れている。アスペリティ８０の近くでは底面導体８５と蛍光体層８３との間には ほとんど絶縁性がない。高さ１マイクロメートルのアススペリティは、絶縁体層 ８５に侵入するのに十分であり、動作中に電気的な降伏を引き起こし、ディスプ レイを役に立たなくさせる。セラミック表面は、典型的には、この大きさ又はよ り大きな粗さがあり、それで過去においてはＴＦＥＬスタックを支持するために 不適当だった。 本発明は、先行技術の問題に２つの解を提供する。ＬＴＣＣ−Ｍ基板上のＥＬ ディスプレイの製作におけるステップとして、セラミック上部の表面層８６が細 かな仕上がりに研磨され（polish）、必要ならばガラスの平坦化する層を用いて 被覆される。研磨は単独で、粗さ問題を解決するのに十分かもしれない。もしそ うでなければ、ガラス（例えば、ＢＰＳＧ）の層が、スピン法によってまたは化 学的気相堆積（ＣＶＤ）法によって利用される（apply）ことができる。これら の層を適用するための手法は、シリコン・デバイスの被覆するために半導体産業 でよく知られているが、セラミックスを被覆するためには一般に使用されない。 そのようなガラス層は、マイクロメートル・スケールでなめらかである。結果と して生ずる構造は、研磨されたセラミックの層８６及びＣＶＤガラス層８７と共 に図９Ｃに示される。研摩またはガラス被覆がないと、予想されるように、ＥＬ ディスプレイは速く焼き切れる（burn out）傾向がある。しかしながら、図９Ｃ 内に示されるように、基板を覆う（over）ＣＶＤ・ＢＰＳＧ層や研磨のために、 ディスプレイは比較的長い期間の間、故障なしで動作する。 図９Ｃに示されるた取り組みに対する代替取り組みは、図９Ｄに示される。絶 縁層８４は、厚い絶縁体８４’と取り替えられる。この層が多マイクロメータ（ many micrometer）の厚さであるならば、８０’のような小さいアスペリティは 絶縁層に侵入しない。ＥＬディスプレイの動作に際して、電圧が上部導体と底面 導体との間に加えられる。光の放射は、蛍光体を横切る電圧に関係づけられる。 しかしながら、この電圧のいくつかは絶縁体にわたって降下し、蛍光体にわたる 有効な電圧を縮小する。絶縁体の厚さが増加するにつれれて、絶縁体にわたって 降下する電圧の大きさが上がる。絶縁体８４’をわたる電圧降下を最小にするた めに、絶縁体８４’は高い誘電率を有する材料で製作されるべきである。 ＬＴＣＣ−Ｍ基板上に製作されるＥＬデバイスのために、絶縁体膜は、熱せら れるとき、高い誘電率を持つセラミックを形成する焼かれていない（green）テ ープから形成されることができる。そのようなセラミックは、高い誘電率を持つ チタン酸バリウムまたは類似の材料のかなりの部分を含むことによって作られる ことができる。非常に高い誘電率は必要でない。絶縁体８４の厚さを１マイクロ メートルに代わって約２５マイクロメートルへ増加することは、誘電率において 約 ２５倍から約３００倍への増加を要求するのみである。これは、典型的な現在の 絶縁体によって提供されるのと同じ電圧降下を回復するのに十分である。 セラミック基板の背面上のドライバ回路部分１０は、セラミック基板（図４を 見なさい）の前面側に形成されたＥＬディスプレイ・セル２０を活性化する。ド ライバは、蛍光体に光を放出させる電圧を蛍光体層にわたって与える。ある構成 では、上側の電極２１は接地に接続される。個々のＥＬセルは、下側の電極に十 分な電圧を与えることによって活性化される。２つの電極は電圧を保持するキャ パシタとして働いて、蛍光体を励起させ続ける。蛍光体の輝度は、新しい電圧が 下側の電極に適用されるリフレッシュ・サイクルまでに衰える。 本発明は、ＥＬディスプレイ・セル２０のできるだけ近くにＩＣドライブ・チ ップ１０を配置できることを提供し、そしてこのため駆動−ラインの長さを最小 にできることを提供する。これは、直ちに、（典型的に約５０００オームから約 ５オームまで）駆動ラインの比較的高い抵抗を減らし、より少ない範囲へ、ライ ン・キャパシタンス、このためＲＣ時定数も縮小する。このように、控えめな評 価は、少くとも４００Ｈｚから５００Ｈｚまでリフレッシュ周波数における増加 を示し、このため従来のＥＬディスプレイに相対して約１０の因子で輝度を増加 する。システムの電力効率もまた、この変化と共に増加する。フィードスルー３ ０における伝導材料は、先行技術ディスプレイにおいて使用される長い駆動ライ ンより低い抵抗を有する。抵抗におけるこの減少も、関連するＩＲ損失を減少さ せ、このためディスプレイによって生成された発熱量を縮小する。 ディスプレイにおいて、ＩＣドライバをＥＬセルに接続する多くの方法がある 。最大リフレッシュ速度のために（アクティブ・アドレス指定におけるように） 各セルに対して、一個のＩＣドライバを上側の電極に接続でき、また一個のＩＣ ドライバを下側の電極に接続できる。しかしながら、この構成は、ドライバ及び 相互接続に関して最も高い要求事項を有する。他の極限においては、各ＩＣドラ イバは単一の行または列のみを（「従来の」アドレス指定におけるように）駆動 できる。ＥＬセルに対するドライバの構成は、使用されるアドレス指定を指定す る（dictate）。例えば、一個のドライバがＥＬセルの一つの行に与えられると 、そのときは、従来の行毎のアドレス指定が適当である。しかしながら、一個の ドラ イバがＥＬセルのＮ×Ｎの群に与えられると、そのとき、グループに基づくアド レス指定が必要となる。 ディスプレイ・アドレス指定は、伝統的な行／列モードに限られない。ＥＬセ ル群を各ＩＣドライバに結合できる。セラミックの基板を貫通する電気的なビア は、信号処理回路部分から、小さいグループの画素への、つまりディスプレイの 完全なアクティブ駆動のために図６中に示されるような個々の画素への、直接の 接続を与える。図６中に示されるように、各ＩＣドライバ１０は相互接続９５を 通して個々のＥＬセル２０に接続される。金属の熱チャネル２９及び熱散布器２ ５は、ＩＣドライバの数が増加するにつれて必要になるヒートシンクを与える。 接地接続９８は、上部電極に接続され連続する接地面を形成する。テーパが付け られた複数の相互接続９５は、表示要素をドライバ・デバイスに接続するために 、電気的なビアによって、積層され共に焼かれたセラミック層を通して与えられ る。ＩＣドライバ１０に対する接続は、（図示せず）標準的なフリップ・チップ ・コネクタによって与えられる。パワー配線、データ配線及びアドレス配線９７ は、セラミック基板の端部上で与えられる。銅またはアルミニウム（軽い重量の ために）から作られた熱拡散器２５は、熱接着材を介してデバイスまたセラミッ ク基板の背面へ付けられる。背面の熱拡散器２５は、（搭載されたデバイスがセ ラミックと同じレベルならば）連続であり得、またはＩＣドライバ１０を適応さ せるために窓状を示して切断され得るかのいずれかである。 セラミック基板の前面上のＥＬディスプレイ・セル及びセラミック基板の背面 上のＩＣドライバの両方は、被包され（encapsulate）ていなければならず、つ まりさもなければ環境（周囲）から保護されなければならない。ＥＬディスプレ イを、低融点ガラスによって重ね塗りできる。アプリケーションに依存して、背 面上のチップ・オン・ボード（ＣＯＢ）電子回路部分は、（非常に高価でないデ バイスに対しては）可塑性物質のかたまりで覆われ（glob-topped）、共形に（c onformally）被覆されるか、または密封したきよう体（enclosure）に入れられ るか、のいずれかである。密封したきよう体は、ＬＴＣＣ−Ｍ技術を成し遂げる ために、特に簡単であり安価である。なぜなら、相互接続が下側の導体層を介し てなされることができるからであり、このため任意のラインに関して気密シール （seal） を介して給電される必要を除去する。 ＬＴＣＣ−Ｍ基板の寸法の十分な安定性を理由に、個々のディスプレイ・デバ イスをタイル張りにすることよって、非常に大きい（壁サイズの）ディスプレイ ・パネルを生成することが可能である。斜め寸法２０インチまで個々のディスプ レイ・デバイスを作ることができる。より大きい個々のディスプレイデバイスに 関しては、処理器機はいくぶん高価になり得、このためより小さい個々のディス プレイ・デバイスをタイル張りにすることがより便利である。図７は、個々のデ ィスプレイデバイスが配置されより大領域ディスプレイを形成する方法を図示す る。図７中で、第１の個々のディスプレイ・デバイス１００は、ＩＣドライバ・ チップ１０及び複数のＥＬディスプレイ・セル２０を含む。個々のディスプレイ デバイス１００の部分のみが、便利のために示されている。個々のディスプレイ ・デバイス１０１及び１０２は接し１００をタイル張りされ、拡大されたディス プレイを形成する。 図８は、ＥＬディスプレイ・セル２０及びコネクタ５０を含む単一のタイル・ ディスプレイを図示する。コネクタ５０は、ハンダバンプであってもよく、また は伝導弾性ゴムから製作されることができる。タイル張りの人為的な間違い（ar tifact）を避けるために、ＥＬディスプレイの端からタイルの端まで距離ｄ２は 、各ＥＬディスプレイ・セルの間の間隔である距離ｄ１の半分に等しいかあるい は小さくすべきである。これは、個々のディスプレイ・デバイスの境を接すると き、ディスプレイ内においてなめらかな遷移が、ある個々のディスプレイ・デバ イスから次のデバイスへ起こることを確実にする。 個々のディスプレイ・デバイスのタイル張りは、特にセラミック基板が寸法的 にとても安定し、機械的に継ぎ目のない構造を成し遂げるために完全な平坦度へ セラミック基板が研磨されることができ、Ｅ１ディスプレイ・セルはタイルのま さしくその端部に配置されることができるので、ＬＴＣＣ−Ｍ技術を用いて成し 遂げることが簡単である。 いくつかの個々のディスプレイ・デバイスが大きいディスプレイを形成するた めに隣接されるならば、いくらかの制御回路部分が必要である。従来の光センサ 及び（図面の中で示されない）ダイナミック輝度−等化回路部分は、全部そろっ ている（complte）構造で集積化されてもよい。これらのデバイスは、大きいデ ィスプレイにわたる輝度が均一であり、そして個々のディスプレイ・デバイス間 の輝度の変動によって影響されないことを確実にする。また、搭載された（オン ・ボードの、on-board）駆動システムにプログラム可能な制御を組み込むことに よって、個々の各ディスプレイ・デバイスは、輝度においてその隣接デバイスと 一致させるためにまた測色において調節されることができ、それによって更にタ イル張りの人為的な間違いを除去する。そのようなタイル張りされたディスプレ イは、個々の各ディスプレイ・デバイスに並列アドレッシング方式を利用し、そ して個々の各ディスプレイ・デバイスは通常のマトリックス化されたパネルにあ るように画素をアドレス指定する。 この取り組みの現在の評価は、ディスプレイ・パネルをインチ当たり４０画素 から８０画素の画素密度で製作できることを示す（これはプラズマ・ディスプレ イに等しいか、あるいはより良い）。多数の個々のディスプレイ・デバイスを利 用するディスプレイは、面（side）において数フィートに達し、結局のところフ ィルムの品質と劇場の大きさとを達成する。 ここに、本発明の第二の実施例が記述される。第二の実施例は、基板の一面に 搭載されたＥＬセルと、基板の後に配置され、ＥＬディスプレイ・セルを駆動す るために電界放出デバイスとを含む。 開発中であるフラット・パネルのディスプレイ技術に関して、薄膜エレィトロ ルミネッセント（ＴＦＥＬ）及び電界放出デバイスは、共に有望な自己発光体デ ィスプレイである。しかしながら、カラーディスプレイの生産において（最小の 効率の）青い蛍光体を障害（hindrance）としているＴＦＥＬは、輝度の制約を 有する。輝度の問題への伝統的な解は、よりよい材料と高電圧のアクティブ・マ トリックスを作るためにＣＭＯＳ及びＤＭＯＳトランジスタ技術を使用する新し い根本的な取り組みとを必要とする。しかしながら、これは高い歩留りプロセス を必要とし、大胆である。 ＦＥＤは、ディスプレイ技術として実証されてきたが、長寿命の、明るい、フ ルカラーのディスプレイを生産することにまだ成功していなかった。電子放出構 造は、ランダムに分布する放射点を形成するために、粗い構造上の特徴の（topo graphic）表面の形成、または形作られた電子放出の先端を要求する。光を放出 する普通の陰極ルミネッセント（cathodoluminescent）蛍光体のためのエネルギ ・レベルの要求が十分に高いので、放射の先端が冷陰極電子放出によるために非 常に短い寿命を有する傾向にある。ＦＥＤパネルを動作させることは、唯一の低 いエネルギ蛍光体を使用して実証されてきたが、しかしながら、この技術の実用 性は、プロセス中において放射先端を破壊することなく、フルカラー像を生成す るために普通の蛍光体を利用する能力にかかっている。 本発明の第二の実施例は、電界放出デバイスからの電子放出によって刺激され て冷光放出するＴＦＥＬデバイスである。この技術の組合せて、高速度でリフレ ッシュできるディスプレイを作って、ＥＬ蛍光体から輝度の高いレベルを生成し 、フィールド・エミッタからの相対的に低いパワーの放射を求め、存在する材料 の可能性内に各先端からの必要とされる放射を減らす。そのようなディスプレイ はＣＲＴに匹敵する輝度レベルでフルカラーを与えることを期待できる。電子光 学がないので、画素区域は重なる可能性があり、ＣＲＴに類似の脱ピクセル化さ れた（デピクセレイトされた、depixelated）像を与える。そのようなディスプ レイの解像度は、ミクロン・レベル・デザインルールにおけるＩＣに類似のプロ セスで製作されるＦＥＤによって制御され、とても高い解像度のディスプレイに 対する可能性を与える。 また、光子放射を刺激するために電子ビームを使用しＴＦＥＬ構造を横切る電 界ポテンシャルを増加させる概念は、ＣＲＴに適用可能である。ビーム位置と寸 法とに対応している発光輝点（lumination spot）を与えるＴＦＥＬ膜において 、局所電界の密度を増やすために低消費電力の電子ビームを使用してもよい。こ の取り組みは、大幅に減少された電子ビーム・エネルギの要求により、非常に高 い解像度のＣＲＴを生産するための可能性を有する。ビーム・エネルギが増加す るにつれて、広がりまたは輝点寸法が増加する。現在、高解像度、高輝度のＣＲ Ｔを生産するために、輝点寸法及び輝点形状を制限し及び制御するために、非常 に洗練された電子光学を要する。低いエネルギの電子ビームを使用できることは 、高解像度ＣＲＴの製造性と性能において主な改良を与える。 図１０が、本発明の電界放出−エレクトロルミネッセンス（ＦＥ−ＥＬ）のデ ィスプレイを図示する。ＦＥ−ＥＬパネルは、基板１０２上にあるパターン形成 されていないＩＴＯ電極１０１から成る。堆積された絶縁体１０３及び１０４は 、（現在のＴＦＥＬディスプレイの特色をよく示す）薄膜の蛍光体層１０５の両 面上に形成される。アルミウム酸化物または類似の材料から成るサーメット背面 の電極１０６は、堆積された絶縁体１０４上に形成される。電極１０１及び１０ ６、堆積された絶縁体１０３及び１０４、並びに蛍光体層１０５の組合せは、Ｅ Ｌスタック（積層）として参照される。電界放出デバイス（ＦＥＤ）１１０は、 サーメット背面の電極１０６の後ろに配置される。ＦＥＤ１１０とサーメット背 面の電極１０６との間の空間は、真空を形成するために排気される（evacuate） 。 図１１中で示されるように、ＦＥＤはＬＴＣＣ−Ｍ基板上に搭載されてもよい 。電界放射性デバイス１１０は、パターン形成された放射先端１２０の表面また は構造上の特徴（topographic）で構造が与えられた低い仕事関数材料を含む。 このデバイスはまた、特定の画素区域のアドレス指定を行うため、且つそのアド レス指定及びリフレッシュ速度を制御するための電子回路（electronics）１２ ４を含む。放射先端１２０が、前面のセラミック多層１２１上に形成される。制 御電子回路１２４が、背面のセラミック多層１２３上で搭載される。金属コア１ ２２は、先に述べたように第一の実施例において、構造上、電気的な及び熱的な 機能を提供する。セラミックの基板を貫く電気的なビア１２５は、ＦＥＤ放射チ ップへのＦＥＤドライバの直接の接続を許容する。これが、ラインが気密シール を貫いて通過する必要がないので、ＦＥＤデバイス全体の良好な密封きょう体に 対して可能になる。 ＥＬスタックにわたって電位を加え、そのポテンシャルをちょうど輝度閾値（ 約１５０Ｖｏｌｔ）下に電位を持ってくる。この電位は、ＥＬスタック上におい て１００００Ｈｚまでのリフレッシュを与えるために反復される。サーメット電 極１０６は、ディスプレイ領域にわたって連続的な電気接触を与えている一方で 、ＦＥＤ先端１２０からの放射に応答して短い期間にわたる電荷の局所的な増強 （buildup）を可能にする。蛍光体が正の電圧の過渡状態を経るたびに（すなわ ち，ＦＥＤが電位の局所的な増加を生成するたびに）、ＴＦＥＬ蛍光体１０５は 光パルスを放出する。標準のＥＬ蛍光体は、リフレッシュ速度が増加するとき増 加する光出力を与える１０ＫＨｚまでのリフレッシュ速度を取り扱いできる。（ １０のＫＨｚを越えるリフレッシュ速度は、蛍光体を飽和させる可能性があり、 降伏と光放射の損失とを導く）。１０ＫＨｚの速度において、３０００ｆｔ−Ｌ までの輝度が観察された。 ＥＬスタック内のＩＴＯ電極１０１を陽極として使用することによって、電子 はＦＥＤ１１０のエミッタからサーメット電極１０６へ移動し、ＥＬスタックに わたる（５０Ｖｏｌｔｓであると期待される）ポテンシャル場を与える。ＦＥＤ １１０は、ＴＦＥＬスタックの選択された領域をもたらす電子フィールド密度を ルミネッセント閾値を越えてサーメット電極１０６上に生成し、且つ電子フィー ルドが維持される限りＥＬ蛍光体１０５に光放出を引き起こす。この画素の「オ ン」時間中に、ＥＬスタックをわたる１０ＫＨｚの反復された電位は、一連の電 圧過渡状態を経ることを蛍光体１０５に引き起こすリフレッシュ信号として働く 。それから、グレイ・レベル制御は、リフレッシュ・サイクルの回数を制御する ことによって確立されることができ、この場合ＦＥＤが特定の領域に「オン」電 圧信号を与える時間の長さによって制御される。１０ＫＨｚのリフレッシュによ れば、多数のグレイ・レベルが表示できる。 図１２は、ＥＬディスプレイを活性化するために低パワー電子ビーム源１４０ の使用を図示する。従来の制御デバイス１４１は、低パワー電子ビームの位置を 制御するために提供される。サーメット背面電極１０６は、蛍光体層のルミネッ セント閾値のちょうど下の電位に充電される。電子ビーム源１４０によって与え られる電子は、サーメット背面電極１０６と接触する。これよって、ルミネッセ ント閾値を越えてＴＦＥＬスタックの選択された領域が至り、蛍光体１０５が光 放出する。これは低パワー電子ビーム１４０の使用を可能にし、その低いエネル ギーのために、比較的より細かい寸法を提供し、またこのため高解像度ディスプ レを提供する。 本発明が典型的な実施例に関して記述された一方、それに制限されない。むし ろ、添付の請求項は、本発明の真の精神及び範囲から離れることなく当業者によ ってなされる可能性のある本発明の他の変形及び実施例を含むように構築される べきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｊ 29/18 Ｈ０１Ｊ 29/18 Ａ 31/12 31/12 Ｃ Ｈ０５Ｂ 33/06 Ｈ０５Ｂ 33/06 33/26 33/26 Ｚ (72)発明者 ヨコム，ピー．，ネイル アメリカ合衆国 ニュージャージー州 プ リンストン シェイディー ブルック レ ーン 307 (72)発明者 サルスマン，ケネス，イー. アメリカ合衆国 ワシントン州 ブラッシ ュプレーリー 188ティーエイチ コート ノースイースト 17600

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第一の平坦な表面と該第一の平坦な表面に平行な第二の平坦な表面を有する セラミック基板を備え、 前記第一の平坦な表面に搭載された複数のエレィトロルミネッセント・セルを 備え、 前記エレィトロルミネッセント・セルを駆動するための複数のドライバ回路を 備え、前記複数のドライバ回路は前記第二の平坦な表面上に搭載され、前記ドラ イバ回路の少くともいくつかは前記エレィトロルミネッセント・セルの内の選択 されたもの（ones）の後ろに直接に配置され、 該複数のエレィトロルミネッセント・セルを該複数のドライバ回路の内のそれ ぞれのもの（ones）へ結合し、前記セラミック基板を通して延びる複数のコネク タと、 を備えるエレィトロルミネッセント・ディスプレイ。 ２．請求項１に記載のディスプレイにおいて、 該セラミック基板は、前記第一および第二の平坦な表面に垂直な端面を含み、 前記端面は第二のセラミック基板と該セラミック基板を電気的に接続するための コネクタを含む。 ３．請求項２に記載のディスプレイにおいて、 該セラミック基板は、前記セラミック基板の端面を前記第二のセラミック基板 の端面に向けて接することによって前記第二のセラミック基板に電気的に接続さ れ、前記端面の各々は電気的なコネクタを含む。 ４．請求項１に記載のディスプレイにおいて、 前記複数のエレィトロルミネッセント・セルの内のもの（ones）は、前記第一 の平坦な表面の端部に隣接して配置され、前記第一の平坦な表面の端部と前記エ レィトロルミネッセント・セルの内のもの（ones）との間の間隔が前記第一の平 坦な表面の内部の部分に配置された隣接のエレィトロルミネッセント・セル間の 間隔の半分より小さい。 ５．請求項４のディスプレイであって、 該セラミック基板は、前記第一の平坦な表面及び前記第二の平坦な表面に垂直 な端面を含み、大きな領域のディスプレイは複数のセラミック基板の端面を接す ることによって形成される。 ６．請求項２に記載のディスプレイは、前記複数のドライバ回路から前記複数か らエレィトロルミネッセント・セルへ信号の分布を与える２個のセラミック層間 に配置される金属コア層を、更に備える。 ７．電界放射性の駆動されるエレィトロルミネッセント・ディスプレイであって 、 サーメット背面電極と該サーメット背面電極に結合する薄膜蛍光体層を含む薄 膜エレクトロルミネセント・デバイスと、 前記薄膜蛍光体層からの光放射を制御するための制御信号を生成するために制 御回路部分と、 前記制御信号に反応して、選択的に電子を放出するための電界放出デバイスと 、 前記サーメット背面電極と前記電界放出デバイスとの間に真空を形成するため に排気されるために構成された空間と、を備え、 前記電界放出デバイスは、前記薄膜蛍光体層の選択された領域に光放出を引き 起こす電子を選択的に放出するディスプレイ。 ８．請求項７に記載のディスプレイであって、前記サーメット背面電極がアルミ ニウム酸化物から構成される。 ９．電子ビーム駆動されるエレィトロルミネッセント・ディスプレイであって、 サーメット背面電極と該サーメット背面電極に結合された薄膜蛍光体層とを含 む薄膜エレィトロルミネッセント・デバイスと、 電子ビームを生成するための電子ビーム源と、 該電子ビームの位置を制御するための制御手段と、 空間は、前記サーメット背面電極と前記電子ビーム源との間に真空を形成する ために構成された空間と、を備え、 前記電子ビーム源によって生成される前記電子ビームは、前記薄膜蛍光体層の 選択された領域に光放出を引き起こすサーメット背面電極と接触する、 エレィトロルミネッセント・ディスプレイ。